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Fait marquant

Pression sur les batteries tout-solide : un verrou tombe


​​​​​​​​​​​​​​​​​​​Dans les batteries tout-solide, alternatives prometteuses aux batteries actuelles, les ions lithium traversent un électrolyte solide plutôt que liquide, donc moins inflammable. Les électrolytes sulfures sont les plus performants mais requièrent une pression d’environ 1000 bar sur la batterie en fonctionnement. En fabricant ces batteries par enduction, nous démontrons qu’il est possible de baisser cette pression à 10 bar.
Publié le 7 mars 2024

Les batteries lithium-ion sont une technologie clé pour passer des énergies fossiles aux énergies renouvelables. Leur utilisation à grande échelle pose de nombreux défis auxquels font face de nouveaux matériaux. L’électrolyte (qui transporte les ions Li+ dans la batterie) peut être remplacé par un solide conducteur d’ions. L’électrolyte sulfure « argyrodite » s’assemble à froid, mais requiert de maintenir la batterie sous forte pression. Ces batteries sont donc toujours produites sous forme de petite pastille dans une presse.​​
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Les chercheurs du SyMMES/Step en collaboration avec le CEA-Liten/DEHT ont relevé le défi de fabriquer des batteries tout-solide en adaptant les méthodes d’enduction classiques des batteries à électrolyte liquide. Or, l’argyrodite ne supporte pas l’humidité. De plus, le séparateur, habituellement un film poreux imbibé de liquide, a été remplacé par une couche d’argyrodite déposée sur la couche de matériau actif sous-jacente. Une fine mise au point de chaque matériau et étape de fabrication a permis de réaliser une batterie à cathode NMC (oxyde de lithium nickel manganèse cobalt ​LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2) et à anode silicium (figure 1). Le silicium est choisi comme matériau d’anode à la place du lithium métal, généralement envisagé pour les batteries tout-solide, car il assure une bonne stabilité chimique et se dépose par enduction. ​​
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Figure 1 : image par microscopie électronique d’une coupe de la batterie tout-solide​​

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Ces nouvelles batteries ont fortement gagné en taille, passant de 0,4 à 10 cm2. Mais surtout elles ont gagné en performance car elles n’ont plus besoin que d’une pression de 10 bar pour tenir 150 cycles de charge/décharge ! Ce nouveau format de batteries est donc compatible avec une fabrication industrielle. L’équipe Liten-Irig se penche maintenant sur les raisons de cette belle stabilité mécanique…​​
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Financements​​
programme FOCUS « batteries-simulation » du CEA 

Collaboration​​

  • ​ Pascale Chenevier IRIG/SYMMES 
  • Cédric Haon et Sébastien Liatard LITEN/DEHT/STB ​​

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